KR100643244B1 - Ｂｌｄｃ 모터의 제어장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 BLDC 모터의 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 회전자가 마련된 BLDC 모터의 제어장치는, 직류전원을 공급하는 전원공급부와; 상기 직류전원의 전압을 감지하는 직류전압감지부와; 상기 직류전원을 공급받아 상기 BLDC 모터의 각 상에 상전류가 흐르도록 하는 인버터부와; 상기 BLDC 모터의 상기 회전자의 회전위치를 감지하는 위치감지부와; 상기 위치감지부의 감지결과에 따라 상기 BLDC 모터의 상기 회전자의 회전속도를 판단하고, 상기 직류전원의 전압변동과 상기 회전자의 회전속도간의 지연을 고려하여 상기 BLDC 모터의 각 상에 흐르는 상전류의 리플성분이 제거되도록 듀티비가 조절된 PWM 신호를 상기 인버터부에 인가하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여 BLDC 모터에 공급되는 직류전압의 리플성분으로 인한 BLDC 모터의 상전류의 리플성분을 제거하여 BLDC 모터의 구동을 안정화 시킬 수 있고 소음을 방지할 수 있다.

Description

ＢＬＤＣ 모터의 제어장치 및 그 제어방법 {BLDC MOTOR CONTROLLER AND CONTROL METHOD THEREOF}

도 1은 종래의 직류전압의 리플성분에 따른 상전류의 변화를 도시한 도면이고,

도 2는 종래의 상전류의 리플성분을 제거하기 위한 BLDC 모터 제어장치의 제어블럭도이고,

도 3은 본 발명에 따른 BLDC 모터 제어장치의 제어블럭도이고,

도 4는 본 발명에 따른 BLDC 모터 제어장치의 PWM 제어신호와 종래의 직류전압의 크기만을 고려한 PWM 제어신호를 도시한 도면이고,

도 5는 본 발명에 따른 BLDC 모터 제어장치의 직류전압의 리플성분과 그에 따른 상전류의 변화를 종래기술과 비교하여 도시한 도면이고,

도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 BLDC 모터 제어장치의 제어흐름도이고,

도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 BLDC 모터 제어장치의 제어흐름도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

21 : 전원공급부 22 : 직류전압감지부

23 : 인버터부 24 : 제어부

26 : 위치감지부

본 발명은, BLDC 모터 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 BLDC 모터의 토크리플을 최소화 하는 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 BLDC 모터 제어장치는 직류전압을 공급하는 직류전압부와 공급된 직류전압을 교류전압으로 바꾸어 상기 BLDC 모터에 인가하는 인버터부와 상기 인버터부를 제어하는 제어부를 포함한다.

제어부가 PWM 신호의 듀티비를 조절하여 인버터부의 스위칭소자의 게이트에 인가함으로써, BLDC 모터에 입력되는 상전류의 크기가 변하여 BLDC 모터의 회전속도가 변하게 된다.

그런데, 이러한 구성을 갖는 BLDC 모터의 제어장치는 BLDC 모터의 회전속도가 일정하게 유지되도록 하는 경우에도 직류전압의 크기가 다소 변하는 특성을 갖는다.

이렇게 크기가 다소 변하는 직류전압의 리플성분으로 인해 BLDC 모터의 각 상전류의 크기 역시 도 1에 도시된 바와 같이 리플성분을 갖는다.

상전류의 리플성분은 결국 모터의 토크리플을 발생시키고, 이는 BLDC 모터의 소음을 발생시키고 또한 전류정격이 높은 스위칭소자가 필요하게 되어 가격을 증대시키는 결과를 초래한다.

이러한 문제를 해결하기 위해 도 2에 도시된 바와 같은 BLDC 모터의 제어장치가 제안된 바 있다.

도 2에 도시된 바와 같이 종래의 BLDC 모터의 제어장치는 직류전압감지부를 포함하고, 제어부는 직류전압감지부에 의해 직류전압에서 리플성분이 발생할때마다 그에 따른 보정량을 PWM 신호에 포함시켜 직류전압에서의 리플성분의 영향이 BLDC 모터의 상전류에 미치지 않도록 조절한다.

즉, 리플성분으로 인해 직류전압이 상승되는 경우에는 PWM 신호의 듀티비를 줄이고, 리플성분으로 인해 직류전압이 하강되는 경우에는 PWM 신호의 듀티비를 늘려 상전류의 리플성분이 최소화 되도록 한다.

그러나 전술한 바와 같은 BLDC 모터의 제어장치는 다음과 같은 문제점이 있다.

일반적으로 직류전압의 리플성분의 효과는 곧바로 BLDC 모터의 상전류의 크기에 영향을 미치는게 아니라 약간의 지연을 갖고 영향을 미친다.

즉, 직류전압의 리플성분이 발생할 때 마다 곧바로 해당 직류전압의 리플성분에 대응하는 상전류의 리플성분이 발생하는 게 아니라 BLDC 모터 또는 구동하는 제어회로 등의 특성에 따라 약간의 지연을 갖고 발생한다.

따라서 상기 제안된 방식과 같이 직류전압의 크기만을 이용하여 PWM 제어를 하는 경우 지연에 의한 또 다른 상전류 리플을 발생시킬 수 있다.

따라서 본 발명의 목적은, BLDC 모터의 직류전압의 리플성분 발생에 따라 발 생하는 상전류의 리플성분을 정밀하게 제거할 수 있는 BLDC 모터의 제어장치 및 제어방법을 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 회전자가 마련된 BLDC 모터의 제어장치에 있어서, 직류전원을 공급하는 전원공급부와; 상기 직류전원의 전압을 감지하는 직류전압감지부와; 상기 직류전원을 공급받아 상기 BLDC 모터의 각 상에 상전류가 흐르도록 하는 인버터부와; 상기 BLDC 모터의 상기 회전자의 회전위치를 감지하는 위치감지부와; 상기 위치감지부의 감지결과에 따라 상기 BLDC 모터의 상기 회전자의 회전속도를 판단하고, 상기 직류전원의 전압변동과 상기 회전자의 회전속도간의 지연을 고려하여 상기 BLDC 모터의 각 상에 흐르는 상전류의 리플성분이 제거되도록 듀티비가 조절된 PWM 신호를 상기 인버터부에 인가하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터의 제어장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 제어부는, 상기 직류전원의 전압변동에 기초하여 상기 PWM 신호의 듀티비를 산출하고, 상기 회전속도 변화에 기초하여 상기 산출된 상기 PWM 신호의 듀티비를 보정할 수 있다.

한편, 상기 목적은, 본 발명의 다른 분야에 따라, 회전자가 마련된 BLDC 모터의 제어방법에 있어서, 직류전원을 공급하는 단계와;

상기 직류전원의 전압을 감지하는 단계와; 상기 직류전원을 공급받아 상기 BLDC 모터의 각 상에 상전류가 흐르도록 하는 단계와; 상기 BLDC 모터의 상기 회전자의 회전위치를 감지하는 단계와; 상기 위치감지부의 감지결과에 따라 상기 BLDC 모터의 상기 회전자의 회전속도를 판단하고, 상기 직류전원의 전압변동과 상기 회전자의 회전속도간의 지연을 고려하여 상기 BLDC 모터의 각 상에 흐르는 상전류의 리플성분이 제거되도록 듀티비가 조절된 PWM 신호를 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터의 제어방법에 의해 달성될 수 있다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 BLDC 모터 제어장치는 도3에 도시된 바와 같이 직류전원을 공급하는 전원공급부(21)와, 직류전원의 전압을 감지하는 직류전압감지부(22)와, 직류전원을 공급받아 BLDC 모터의 각 상에 상전류가 흐르도록 하는 인버터부(23)와, BLDC 모터의 회전자의 회전위치를 감지하는 위치감지부(26)와, 위치감지부(26)와 직류전압감지부(22)의 감지 결과에 따라 인버터부(23)에 제어신호를 인가하는 제어부(24)를 포함한다.

전원공급부(21)는 상용 교류 전원을 공급받아 브릿지 다이오드를 통해 정류를 하고 콘덴서를 이용하여 평활된 직류전원을 만들어 인버터부(23)에 공급한다.

상기 평활된 직류전원은 일반적으로 아주 작은 양의 리플성분을 포함한다. 종래 기술에서 언급하고 있는 직류전원의 리플성분은 모터를 연결하여 구동하는 중에 시스템의 특성과 관련하여 발생하는 리플성분을 더 포함한다. 특히, BLDC 모터를 정속도 제어하는 경우에도 직류전원의 리플성분은 존재한다.

직류전압감지부(22)는 전원공급부(21)로부터 공급되는 직류전압의 크기에 관한 정보를 후술할 제어부(24)에 제공한다. 즉, 직류전압의 크기가 리플성분에 의해 변화하게 되는데 이러한 변하의 크기에 관한 정보를 제어부(24)에 제공한다.

인버터부(23)는 다수의 스위칭소자를 포함하고 스위칭소자의 게이트에 인가되는 제어신호에 따라 전원공급부(21)로부터 공급된 전원을 교류전원으로 바꾸어 BLDC 모터에 공급한다.

위치감지부(26)는 BLDC 모터의 회전자의 회전위치를 감지하여 후술할 제어부(24)에 회전자의 위치정보를 제공하는데, 홀소자 방식, 광학적 방식, 고주파 유도방식, 고주파 발전제어 방식 등 여러 가지 방식으로 마련될 수 있다.

제어부(24)는 위치감지부(26)로부터 제공된 회전자의 위치정보를 이용하여 BLDC 모터 회전자의 회전속도를 판단하고, 직류전압감지부(22)로부터 제공된 전원공급부(21)의 직류전압의 크기변화와 회전자의 회전속도 변화간의 지연을 고려하여 듀티비가 조절된 PWM 신호를 인버터부(23)의 스위칭소자의 게이트에 인가한다.

예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 직류전압의 리플성분만을 기초로 하여 PWM 신호의 듀티비를 산출하고, 직류전압의 리플성분 발생으로부터 약간의 지연시간 후에 나타나는 회전자의 회전속도 변화를 고려하여 상기 산출된 PWM 신호의 듀티비를 보정할 수 있다.

이에 의해 상전류의 리플이 제거되어 BLDC 모터를 일정한 속도로 회전시키는 경우에 BLDC 모터의 정속도 특성이 개선된다.

도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 BLDC 모터의 제어장치의 제어결과를 종래기술의 제어결과와 비교하여 보면 직류전압의 변동에 대해 상전류의 크기변화가 안정되어 있음을 발견할 수 있다.

즉, 도 5a 에 도시된 종래의 BLDC 모터의 제어장치에 의한 제어는 상전류상 에 리플성분과 약간의 지연 등이 나타나고 있지만 도 5b에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 BLDC 모터제어장치의 제어에 있어서는 상전류의 리플성분이 대부분 제거되었다.

이에 따라 BLDC 모터의 토크리플성분도 제거된다.

이하에서는 본 발명의 제1실시예에 따른 BLDC 모터 제어방법의 제어흐름을 도 6를 참조하여 설명하겠다.

먼저, BLDC 모터에 직류전원을 공급하고(S10) 전원공급부(21)로부터 인가되는 상기 직류전원의 전압크기를 직류전압감지부(22)에서 지속적으로 감지한다(S20).

한편, 홀센서 등으로 마련된 위치감지부(26)는 BLDC 모터의 회전자의 회전위치를 감지한다(S30).

제어부(24)는 회전자의 회전위치에 대한 위치감지부(26)의 감지결과를 기초로 회전자의 회전속도를 판단한다(S40). 이때 상기 직류전원의 전압 변동 발생과 회전자의 회전속도 변화 발생과의 지연시간을 고려하여 PWM 신호의 듀티비를 조절하여 인버터부(23)의 스위칭 소자에 인가한다(S50).

이러한 과정을 반복처리하게 되면 직류전원의 전압 변동에 따른 상전류의 변동폭을 최소화 시킬 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제2실시예에 따른 BLDC 모터의 제어방법을 도 7을 참고하여 설명한다. 여기서, 도 6에 도시된 본 발명의 제1실시예에 따른 BLDC 모터의 제어방법과 동일한 제어단계에 대해 동일한 참조번호를 사용하며, 그 설명은 일부 생략한다.

제어부는(24) 직류전압감지부(22)에 의해 감지된 직류전원의 전압크기를 기초로 PWM 신호의 듀티비를 산출하여 PWM 신호를 인가한다(S60).

제어부는 위치감지부(26)로부터 감지된 BLDC 모터의 회전자의 회전위치를 기초로 회전자의 회전속도를 판단하고(S40), 상기 회전자의 회전속도에 리플성분이 존재한다고 판단되는 경우(S70) 보정값을 산출하여(S80) 보정된 PWM 신호를 인가한다(S60).

여기서, 제어부(24)는 상기 회전자의 회전속도가 소정의 속도 이상인 경우에는 상기 PWM 신호의 듀티비를 줄이는 보정을 하고, 상기 회전자의 회전속도가 소정의 속도 이하인 경우에는 상기 PWM 신호의 듀티비를 늘리는 보정을 할 수 있다.

한편, 제어부(24)는 회전자의 회전속도에 리플성분이 존재한지 않는다고 판단되는 경우에는 일정한 듀티비를 갖는 PWM 제어신호를 인가한다(S90).

제어부가 이러한 기능을 반복적으로 수행함에 따라 BLDC 모터 상전류의 리플성분은 제거되고 제어하고자 하는 속도를 정밀하게 교정할 수 있다.

비록 본 발명의 실시예가 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 BLDC 모터의 상전류에 흐르는 리 플성분을 제거함으로써 BLDC 모터가 정속도를 유지할 수 있도록 하고, 리플성분에 따른 소음을 방지하며, 인버터부의 스위칭소자의 정격을 낮출 수 있다.

Claims (3)

1. 회전자가 마련된 BLDC 모터의 제어장치에 있어서,

   직류전원을 공급하는 전원공급부와;

   상기 직류전원의 전압을 감지하는 직류전압감지부와;

   상기 직류전원을 공급받아 상기 BLDC 모터의 각 상에 상전류가 흐르도록 하는 인버터부와;

   상기 BLDC 모터의 상기 회전자의 회전위치를 감지하는 위치감지부와;

   상기 위치감지부의 감지결과에 따라 상기 BLDC 모터의 상기 회전자의 회전속도를 판단하고, 상기 직류전원의 전압변동과 상기 회전자의 회전속도간의 지연을 고려하여 상기 BLDC 모터의 각 상에 흐르는 상전류의 리플성분이 제거되도록 듀티비가 조절된 PWM 신호를 상기 인버터부에 인가하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터의 제어장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제어부는,

   상기 직류전원의 전압변동에 기초하여 상기 PWM 신호의 듀티비를 산출하고, 상기 회전속도 변화에 기초하여 상기 산출된 상기 PWM 신호의 듀티비를 보정하는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터의 제어장치.
3. 회전자가 마련된 BLDC 모터의 제어방법에 있어서,

   직류전원을 공급하는 단계와;

   상기 직류전원의 전압을 감지하는 단계와;

   상기 직류전원을 공급받아 상기 BLDC 모터의 각 상에 상전류가 흐르도록 하는 단계와;

   상기 BLDC 모터의 상기 회전자의 회전위치를 감지하는 단계와;

   상기 위치감지부의 감지결과에 따라 상기 BLDC 모터의 상기 회전자의 회전속도를 판단하고, 상기 직류전원의 전압변동과 상기 회전자의 회전속도간의 지연을 고려하여 상기 BLDC 모터의 각 상에 흐르는 상전류의 리플성분이 제거되도록 듀티비가 조절된 PWM 신호를 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터의 제어방법.

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